Was sind wässrige Lösungen?
Wässrige Lösungen sind solche Lösungen, bei denen eine Substanz mit Wasser abgebaut wird. Zum Beispiel Schlamm oder Zuckerwasser.
Wenn sich eine chemische Spezies in Wasser gelöst hat, wird dies durch Schreiben (aq) nach dem chemischen Namen (Reid, SF) angegeben.
Hydrophile Substanzen (die Wasser lieben) und viele ionische Verbindungen lösen sich oder dissoziieren in Wasser.
Wenn sich beispielsweise Tafelsalz oder Natriumchlorid in Wasser löst, dissoziiert es in seine Ionen und bildet Na + (aq) und Cl- (aq).
Hydrophobe Substanzen (die Angst vor Wasser haben) lösen sich im Allgemeinen nicht in Wasser und bilden keine wässrigen Lösungen. Zum Beispiel führt das Mischen von Öl und Wasser nicht zur Auflösung oder Dissoziation.
Viele organische Verbindungen sind hydrophob. Nicht-Elektrolyte können sich in Wasser lösen, dissoziieren jedoch nicht in Ionen und behalten ihre Integrität als Moleküle bei.
Beispiele für Nichtelektrolyte umfassen Zucker, Glycerin, Harnstoff und Methylsulfonylmethan (MSM) (Anne Marie Helmenstine, 2017).
Eigenschaften wässriger Lösungen
Wässrige Lösungen leiten üblicherweise Strom. Lösungen mit starken Elektrolyten sind in der Regel gute elektrische Leiter (z. B. Meerwasser), während Lösungen mit schwachen Elektrolyten schlechte Leiter sind (z. B. Leitungswasser).
Der Grund ist, dass starke Elektrolyte in Ionen in Wasser vollständig dissoziieren, während schwache Elektrolyte unvollständig dissoziieren.
Wenn chemische Reaktionen zwischen Spezies in einer wässrigen Lösung auftreten, handelt es sich in der Regel um Doppelverdrängungsreaktionen (auch Metathese oder Doppelsubstitution genannt).
Bei dieser Art von Reaktion tritt das Kation eines Reagens an die Stelle des Kations im anderen Reagens und bildet typischerweise eine Ionenbindung. Eine andere Denkweise ist, dass reaktive Ionen "Partner wechseln".
Reaktionen in wässriger Lösung können zu wasserlöslichen Produkten oder zu einem Niederschlag führen.
Ein Niederschlag ist eine schwerlösliche Verbindung, die häufig als Feststoff aus der Lösung herausfällt (wässrige Lösungen, SF).
Die Begriffe Säure, Base und pH gelten nur für wässrige Lösungen. Sie können zum Beispiel den pH-Wert von Zitronensaft oder Essig (zwei wässrige Lösungen) messen und es handelt sich um schwache Säuren. Der Pflanzenöltest mit pH-Papier liefert jedoch keine aussagekräftigen Informationen (Anne Marie Helmenstine, wässrige Definition, 2017).
Warum lösen sich einige Feststoffe in Wasser?
Der Zucker, den wir zum Süßen von Kaffee oder Tee verwenden, ist ein molekularer Feststoff, in dem die einzelnen Moleküle durch relativ schwache intermolekulare Kräfte zusammengehalten werden.
Wenn sich der Zucker in Wasser löst, lösen sich die schwachen Bindungen zwischen den einzelnen Saccharosemolekülen auf und diese C12H22O11-Moleküle werden in die Lösung freigesetzt.
Energie wird benötigt, um die Bindungen zwischen den C12H22O11-Molekülen in Saccharose aufzubrechen. Es wird auch Energie benötigt, um die Wasserstoffbrücken im Wasser aufzubrechen, die unterbrochen werden müssen, um eines dieser Saccharosemoleküle in Lösung zu bringen.
Zucker löst sich in Wasser auf, weil die Energie freigesetzt wird, wenn die leicht polaren Saccharosemoleküle intermolekulare Bindungen mit polaren Wassermolekülen eingehen.
Die schwachen Bindungen, die sich zwischen dem gelösten Stoff und dem Lösungsmittel bilden, gleichen die Energie aus, die erforderlich ist, um die Struktur sowohl des reinen gelösten Stoffs als auch des Lösungsmittels zu verändern.
Bei Zucker und Wasser funktioniert dieses Verfahren so gut, dass bis zu 1.800 Gramm Saccharose in einem Liter Wasser gelöst werden können.
Die ionischen Feststoffe (oder Salze) enthalten positive und negative Ionen, die dank der großen Anziehungskraft zwischen Partikeln mit entgegengesetzten Ladungen zusammengehalten werden.
Wenn sich einer dieser Feststoffe in Wasser löst, werden die Ionen, die den Feststoff bilden, in Lösung freigesetzt, wo sie mit polaren Lösungsmittelmolekülen assoziiert werden (Berkey, 2011).
NaCl (s) »Na + (aq) + Cl- (aq)
Wir können normalerweise annehmen, dass die Salze in ihren Ionen dissoziieren, wenn sie sich in Wasser lösen.
Ionenverbindungen lösen sich in Wasser auf, wenn die Energie, die bei der Wechselwirkung der Ionen mit den Wassermolekülen freigesetzt wird, die zum Aufbrechen der Ionenbindungen im Feststoff erforderliche Energie und die Energie, die zum Trennen der Wassermoleküle erforderlich ist, kompensiert, damit die Ionen in das Wasser eingeführt werden können. die Lösung (Löslichkeit, SF).
Löslichkeitsregeln
Abhängig von der Löslichkeit eines gelösten Stoffes gibt es drei mögliche Ergebnisse:
1) wenn die Lösung weniger gelösten Stoff enthält als die maximale Menge, die sich auflösen kann (seine Löslichkeit), ist es eine verdünnte Lösung;
2) wenn die Menge des gelösten Stoffes genau der Menge seiner Löslichkeit entspricht, ist er gesättigt;
3) Wenn mehr gelöster Stoff vorhanden ist, als sich auflösen kann, wird der überschüssige gelöste Stoff von der Lösung abgetrennt.
Wenn dieser Trennvorgang eine Kristallisation einschließt, bildet sich ein Niederschlag. Die Ausfällung verringert die Konzentration des gelösten Stoffes bis zur Sättigung, um die Stabilität der Lösung zu erhöhen.
Die folgenden Löslichkeitsregeln gelten für gebräuchliche ionische Feststoffe. Wenn sich zwei Regeln zu widersprechen scheinen, hat der Präzedenzfall Vorrang (Antoinette Mursa, 2017).
1- Salze, die Elemente der Gruppe I (Li +, Na +, K +, Cs +, Rb +) enthalten, sind löslich. Es gibt nur wenige Ausnahmen von dieser Regel. Salze, die das Ammoniumion (NH 4 +) enthalten, sind ebenfalls löslich.
2- Nitrathaltige Salze (NO 3 -) sind im Allgemeinen löslich.
3- Die Salze, die Cl -, Br - oder I - enthalten, sind im Allgemeinen löslich. Die wichtigen Ausnahmen von dieser Regel sind die Halogenidsalze von Ag +, Pb2 + und (Hg2) 2+. Somit sind AgCl, PbBr 2 und Hg 2 Cl 2 unlöslich.
4- Die meisten Silbersalze sind unlöslich. AgNO 3 und Ag (C 2 H 3 O 2 ) sind übliche lösliche Silbersalze; Praktisch alle anderen sind unlöslich.
5- Die meisten Sulfatsalze sind löslich. Wichtige Ausnahmen von dieser Regel sind CaSO 4, BaSO 4, PbSO 4, Ag 2 SO 4 und SrSO 4 .
6- Die meisten Hydroxidsalze sind nur schwer löslich. Die Hydroxidsalze der Elemente der Gruppe I sind löslich. Die Hydroxidsalze der Elemente der Gruppe II (Ca, Sr und Ba) sind schwer löslich.
Die Übergangsmetallhydroxidsalze und Al 3+ sind unlöslich. Somit sind Fe (OH) 3, Al (OH) 3, Co (OH) 2 nicht löslich.
7- Die meisten Übergangsmetallsulfide sind in hohem Maße unlöslich, einschließlich CdS, FeS, ZnS und Ag 2 S. Die Sulfide von Arsen, Antimon, Wismut und Blei sind ebenfalls unlöslich.
8- Die Carbonate sind häufig unlöslich. Carbonate der Gruppe II (CaCO 3, SrCO 3 und BaCO 3 ) sind ebenso unlöslich wie FeCO 3 und PbCO 3 .
9-Chromate sind oft unlöslich. Beispiele umfassen PbCrO 4 und BaCrO 4 .
10-Phosphate wie Ca 3 (PO 4 ) 2 und Ag 3 PO 4 sind häufig unlöslich.
11-Fluoride wie BaF 2, MgF 2 und PbF 2 sind häufig unlöslich.
Beispiele für die Löslichkeit in wässrigen Lösungen
Cola, Salzwasser, Regen, saure Lösungen, basische Lösungen und Salzlösungen sind Beispiele für wässrige Lösungen.
Wenn eine wässrige Lösung verfügbar ist, kann ein Niederschlag durch Fällungsreaktionen induziert werden (Reaktionen in wässriger Lösung, SF).
Fällungsreaktionen werden manchmal als "Doppelverdrängungsreaktionen" bezeichnet. Um festzustellen, ob sich beim Mischen von wässrigen Lösungen zweier Verbindungen ein Niederschlag bildet:
- Alle Ionen in Lösung aufzeichnen.
- Kombinieren Sie sie (Kation und Anion), um alle möglichen Niederschläge zu erhalten.
- Verwenden Sie die Löslichkeitsregeln, um zu bestimmen, welche (falls vorhanden) Kombination (en) unlöslich ist und ausfällt.
Beispiel 1: Was passiert, wenn Ba (NO 3 ) 2 (aq) und Na 2 CO 3 (aq) gemischt werden?
In Lösung vorhandene Ionen: Ba2 +, NO 3 -, Na +, CO 3 2-
Mögliche Niederschläge: BaCO 3, NaNO 3
Löslichkeitsregeln: BaCO 3 ist unlöslich (Regel 5), NaNO 3 ist löslich (Regel 1).
Vollständige chemische Gleichung:
Ba (NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) »BaCO 3 (s) + 2NaNO 3 (aq)
Nettoionengleichung:
Ba2 + (aq) + CO 3 2- (aq) »BaCO 3 (s)
Beispiel 2: Was passiert, wenn Pb (NO 3 ) 2 (aq) und NH 4 I (aq) gemischt werden?
In Lösung vorhandene Ionen: Pb2 +, NO 3 -, NH 4 +, I-
Mögliche Niederschläge: PbI 2, NH 4 NO 3
Löslichkeitsregeln: PbI 2 ist unlöslich (Regel 3), NH 4 NO 3 ist löslich (Regel 1).
Vollständige chemische Gleichung: Pb (NO 3 ) 2 (aq) + 2NH 4 I (aq) »PbI 2 (s) + 2NH 4 NO 3 (aq)
Nettoionengleichung: Pb2 + (aq) + 2I- (aq) »PbI 2 (s).
